專利名稱：電容式觸控板及電容式觸控板模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種電容式觸控板，特別是關(guān)于一種應(yīng)用壓電材料的電容式觸控板及
電容式觸控板模塊。
背景技術(shù)：
觸控板有電阻式、電磁式及電容式三種。電阻式觸控板在操作時(shí)需利用筆尖在極 小的面積上施力，電磁式觸控板需配合具有電池的特殊的筆進(jìn)行輸入。電容式觸控板的工 作原理是利用物件接觸到觸控板的瞬間產(chǎn)生電容耦合效應(yīng)，因而可通過電容值的變化檢測(cè) 物件接觸的位置，因此電容式觸控板不必借助消耗電源的輸入筆，電容式觸控板的使用也 不需要施壓點(diǎn)集中，因此使用壽命較長(zhǎng)。再者，電容式觸控板的組成簡(jiǎn)單、元件少、產(chǎn)品成品 率高，使得電容式觸控板在大量生產(chǎn)時(shí)成本較低。 操作電容式觸控板的方式有許多，最常見的是以手指或筆在其表面碰觸或滑動(dòng)， 以便觸控板中的感應(yīng)器產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)。感應(yīng)器是一個(gè)包括有一維或二維感應(yīng)導(dǎo)體的裝 置，通常是在印刷電路板上刻蝕跡線(trace)而成，其結(jié)構(gòu)有四層、雙層及單層，感測(cè)物件 的原理大致上是相同的。為了保護(hù)感應(yīng)器及美觀的作用，感應(yīng)器上覆蓋有一層平滑的絕緣 物，其材質(zhì)普遍以絕緣膠與塑膠殼為主，提供絕緣的作用并讓使用者的手指在其上碰觸及 滑動(dòng)，其構(gòu)造參考例如頒給米勒(Miller)等人的美國(guó)專利號(hào)5374787。
雖然電容式觸控板在性能及成本兩方面皆優(yōu)于電阻式及電磁式觸控板，但是卻有 檢測(cè)精準(zhǔn)度較低的缺點(diǎn)。電容式觸控板的應(yīng)用越來越多，某些應(yīng)用可能需要更精準(zhǔn)的檢測(cè) 效能。當(dāng)電容式觸控板的空間解析度增加，其跡線的等效電容降低，因此需要有更精準(zhǔn)的檢 測(cè)能力。降低電容式觸控板的電源電壓也可能導(dǎo)致其檢測(cè)精準(zhǔn)度降低。這種種因素引發(fā)電 容式觸控板提高檢測(cè)精準(zhǔn)度的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一，在于提出一種電容式觸控板。
本發(fā)明的目的之一，在于提出 一種電容式觸控板模塊。 根據(jù)本發(fā)明， 一種電容式觸控板包括感應(yīng)層、絕緣層及壓電元件層的堆迭結(jié)構(gòu)。所
述壓電元件層具有多個(gè)壓電元件，在使用者操作所述電容式觸控板時(shí)受壓產(chǎn)生電壓。 根據(jù)本發(fā)明， 一種電容式觸控板模塊包括感應(yīng)層、絕緣層及壓電元件層的堆迭結(jié)
構(gòu)、多條跡線各連接所述感應(yīng)層上的一或多個(gè)感應(yīng)器、以及檢測(cè)器連接所述這些跡線檢測(cè)
其上的電壓變化。在使用者操作所述電容式觸控板時(shí)，所述壓電元件層上的壓電元件受壓
產(chǎn)生電壓，因而改變接觸點(diǎn)的接地電位，使檢測(cè)器端檢測(cè)到的電壓變化更明顯，提升感測(cè)的
靈敏度。


圖1是壓電材料的等效電路圖；以及
圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的示意圖。附圖標(biāo)號(hào)10檢測(cè)器12感應(yīng)層125感應(yīng)器14絕緣層16壓電元件層165壓電元件18接地層20保護(hù)層22 電容式觸控板24 跡線
具體實(shí)施例方式
壓電效應(yīng)(piezoelectric)是材料中一種機(jī)械能與電能互換的現(xiàn)象，最早是1880 年由皮埃爾*居里(Pierre Curie)和雅克*居里(Jacques Curie)兄弟發(fā)現(xiàn)。壓電材料會(huì) 有壓電效應(yīng)是因晶格內(nèi)原子間特殊的排列方式，使得材料具有應(yīng)力場(chǎng)與電場(chǎng)耦合的效應(yīng)。
壓電效應(yīng)有兩種正壓電效應(yīng)(direct piezoelect ric effect)及逆壓電效應(yīng) (converse piezoelectric effect)。正壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)為電能，當(dāng)對(duì)著壓電材料施以 物理壓力時(shí)，材料體內(nèi)的電耦極矩會(huì)因壓縮而變短，此時(shí)壓電材料為抵抗應(yīng)力變化而在材 料表面產(chǎn)生正負(fù)電荷以保持原狀。逆壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)為機(jī)械能，當(dāng)在壓電材料表面施加 電場(chǎng)(電壓)時(shí)，電場(chǎng)作用使得電偶極矩被拉長(zhǎng)，壓電材料為抵抗變化，會(huì)沿電場(chǎng)方向伸長(zhǎng)。
常見的壓電材料包括陶瓷類的鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛(PZT)，單晶類的石英(水晶)、電 氣石、羅德鹽、鉭酸鹽、鈮酸鹽等，以及薄膜類的氧化鋅(Zn0)。壓電材料的特性以g表示，g =fields/stress = (volts/meter)/(newton/meter2)，用來表示所述壓電材料受力與產(chǎn)生 電場(chǎng)間的關(guān)系。常見的壓電材料，例如PZT的g33為25. 5X 10—3Vm/N， g31為-10. IX 10—3Vm/ N，另一種薄膜式壓電材料PVDF的g33為216X 10—3Vm/N， g31為-330 X 10—3Vm/N。人指在正常 操作時(shí)提供的壓力一般在3 5牛頓之間。假設(shè)使用者的手指面積為lOOmm2，當(dāng)使用者對(duì) 厚度為200 y m， g為25X 10—3Vm/N的壓電材料施加5牛頓的力時(shí)，將可產(chǎn)生0. 25伏特的電 壓。 圖l是壓電材料的等效電路圖，Re表示其電阻值，(；表示其電容值，Lm表示質(zhì) 量(Kg)， Cm表機(jī)械降伏力(mechanical compliance) ， N表示電子-機(jī)械線性轉(zhuǎn)導(dǎo)比 (electro—mechanical linear transducer ratio)，其單位為牛頓/伏特或庫侖/米。
電容式觸控板的原理雖然是利用使用者對(duì)觸控板造成的耦合電容得知使用者在 觸控板上的接觸位置，但在電路上實(shí)現(xiàn)時(shí)，實(shí)際檢測(cè)的是電壓信號(hào)，再經(jīng)由Q = CXV的關(guān)系 式將測(cè)得的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電容值，以得知觸控板上的電容變化。 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的示意圖，此電容式觸控板22是在已知的電容式觸控板的絕 緣層14和接地層18之間增設(shè)一壓電元件層16。感應(yīng)層12上具有多個(gè)感應(yīng)器125，經(jīng)由跡 線24連接到檢測(cè)器10，其上迭設(shè)絕緣層14、壓電元件層16、接地層18和保護(hù)層20。較佳者，壓電元件165的大小及形狀配合感應(yīng)層12上的感應(yīng)器125分布，每一感應(yīng)器125上方 正對(duì)著一壓電元件165，以獲得最佳的觸控效能。 圖2左側(cè)是電容式觸控板22的等效電路。當(dāng)使用者在保護(hù)層20上進(jìn)行操作時(shí)， 例如碰觸跡線x的上方位置，對(duì)感應(yīng)層12產(chǎn)生耦合電容效應(yīng)，跡線x的等效電容以Cx表 示，同時(shí)壓電元件層16上接觸點(diǎn)位置上的壓電元件165受壓產(chǎn)生電壓Vx，改變跡線x的接 地電位，使得檢測(cè)器10看到跡線x上的電壓變化更明顯。在本實(shí)施例中，壓電元件165受 壓產(chǎn)生負(fù)電壓。 本發(fā)明提出的電容式觸控板應(yīng)用壓電材料的特性，不改變檢測(cè)方法即可提升感 度，改善電容式觸控板的效能，同時(shí)降低檢測(cè)時(shí)手指接觸面積不同的影響。變化地，在觸控 螢?zāi)坏膽?yīng)用中，以透明材料實(shí)現(xiàn)壓電元件層16。在其他實(shí)施例中，亦可在感應(yīng)層12下方增 設(shè)一屏蔽層以減少噪聲干擾。 以上對(duì)于本發(fā)明的較佳實(shí)施例所作的敘述為闡明的目的，而無意限定本發(fā)明精確 地為所揭露的形式，基于以上的教導(dǎo)或從本發(fā)明的實(shí)施例學(xué)習(xí)而作修改或變化是可能的， 實(shí)施例為解說本發(fā)明的原理以及讓所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員以各種實(shí)施例利用本發(fā)明在實(shí)際 應(yīng)用上而選擇及敘述，本發(fā)明的技術(shù)思想企圖由權(quán)利要求及其均等來決定。
權(quán)利要求
一種電容式觸控板，其特征在于，所述電容式觸控板包括感應(yīng)層，具有多個(gè)感應(yīng)器；絕緣層，設(shè)置于所述感應(yīng)層上；以及壓電元件層，設(shè)置于所述絕緣層上，具有多個(gè)壓電元件。
2. 如權(quán)利要求1的電容式觸控板，其特征在于，所述電容式觸控板更包括接地層在所 述壓電元件層上方。
3. 如權(quán)利要求2的電容式觸控板，其特征在于，所述電容式觸控板更包括保護(hù)層覆蓋 所述接地層。
4. 如權(quán)利要求l的電容式觸控板，其特征在于，所述這些壓電元件受到壓力時(shí)產(chǎn)生負(fù) 電壓。
5. —種電容式觸控板模塊，其特征在于，所述電容式觸控板模塊包括 感應(yīng)層，具有多個(gè)感應(yīng)器；絕緣層，設(shè)置于所述感應(yīng)層上；以及壓電 元件層，設(shè)置于所述絕緣層上，具有多個(gè)壓電元件；多條跡線，各連接所述這些感應(yīng)器的一或多個(gè)；以及檢測(cè)器，連接所述這些跡線，檢測(cè)所述這些跡線上的電壓變化。
6. 如權(quán)利要求5的電容式觸控板模塊，其特征在于，所述電容式觸控板模塊更包括接 地層在所述壓電元件層上方。
7. 如權(quán)利要求6的電容式觸控板模塊，其特征在于，所述電容式觸控板模塊更包括保 護(hù)層覆蓋所述接地層。
8. 如權(quán)利要求5的電容式觸控板，其特征在于，所述這些壓電元件受到壓力時(shí)產(chǎn)生負(fù) 電壓。
全文摘要
本發(fā)明關(guān)于一種電容式觸控板及電容式觸控板模塊。所述電容式觸控板包括感應(yīng)層、絕緣層及壓電元件層的堆迭結(jié)構(gòu)。所述壓電元件層具有多個(gè)壓電元件，在使用者操作所述電容式觸控板時(shí)受壓產(chǎn)生電壓，使檢測(cè)器端檢測(cè)到的電壓變化更明顯，提升感測(cè)的靈敏度。
文檔編號(hào)G06F3/044GK101782826SQ20091000482
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者林嘉興, 陶逸欣 申請(qǐng)人:義隆電子股份有限公司